基于EMT法的复合材料涂层测厚研究

摘要

航空航天器如火箭鼻锥体、飞行器冀前端等构件由碳纤维复合材料构成，为了防止其因高温氧化诱发缺陷进而造成重大事故，针对构件上涂层厚度的测量，本文提出了一种基于电磁层析成像(Electromagnetic Tomography，EMT）技术对复合材料涂厚度测量的新方法，为电磁层析成像法的实际应用提供一定的理论依据。
　　基于电磁层析成像技术理论，描述了EMT的数学基础、三维涡流场的控制方程以及各参量的理论计算方法，在此基础上，建立了EMT基体电导率单方向(x方向)与双方向(x与y方向)的场-路耦合三维有限元模型，研究检测线圈互阻与基体电导率方向性的关系，借助互阻雷达图表明，基体材料为单方向时，在与材料板电导率垂直方向上（90°、270°)互阻出现极大值，而在基体电导率的方向上（0°、180°）互阻出现极小值；基体双方向时，在其合成方向上（45°、135°、225°、315°）互阻出现极大值，而在x、y双方向上（0°、90°、270°、180°）出现极小值。
　　针对基体电导率问题，建立了基体电导率均匀时涂层-基体三维有限元模型，通过仿真对激励线圈分别与相邻、相间和相对检测线圈感应电压进行了分析，结果表明磁场在EMT敏感场中沿激励线圈轴线呈对称分布，使得检测线圈的电压值与相对位置上的线圈电压值也呈对称分布；因与激励线圈距离的不同，相邻检测线圈的互阻互感比相间及相对检测线圈的互阻互感约大两个数量级。
　　最后本文以各向异性电导率的基体以及厚度变化的涂层为研究对象，建立基体-涂层三维有限元模型，探究电磁信号与二者之间的规律。研究结果表明，在基体电导率非均匀时，随着涂层厚度的变化，相邻检测线圈互阻值较相间、相对检测线圈互阻值变化更明显，且有一定的规律性，涂层厚度在100um-120um范围时，依据互阻值的极值个数可判断基体复合材料的方向性；随着涂层厚度的变化，激励线圈自阻也具有一定的规律性，且对涂层厚度的变化比较敏感，有利于涂层厚度的测量分析。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 RCC材料涂层测厚的研究进展和现状

1.3 EMT技术的研究进展和现状

1.4 课题结构安排

第2章 EMT法的理论基础

2.1 EMT法的数学基础

2.2 EMT系统的基本结构与等效电路

2.3 EMT的正问题与逆问题

2.4 EMT 法的图像评价及反演算法

2.5本章小结

第3章 RCC材料涂层测厚的涡流场-路耦合模型和计算方法

3.1 EMT法的电磁场数值计算理论基础

3.2 三维涡流场-路耦合数学模型

3.3 三维涡流场-路耦合有限元模型及实现

3.4 本章小结

第4章 RCC材料涂层测厚的EMT法有限元仿真

4.1 RCC材料涂层测厚的EMT法有限元模型建立

4.2 RCC基体材料电磁特性影响的仿真研究

4.3 RCC材料涂层厚度和基体特性影响的仿真研究

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要研究结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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